田雨涵　張雁輝

摘要：在陶瓷生產(chǎn)過程中，釉噴涂工藝用釉噴槍或釉噴涂機(jī)在壓縮空氣中噴霧釉，使釉粘附在粘土體上，不均勻的釉料在燒制過程中會(huì)產(chǎn)生裂紋，造成工件報(bào)廢，所以噴涂過程中噴涂釉料的厚度要求盡可能均勻。建立橢圓雙β分布模型為基礎(chǔ)的噴槍軌跡生成方法，研究了平面分布模型，提出了基于噴涂過程仿真的涂層厚度計(jì)算方法，建立了帶約束的優(yōu)化函數(shù)，來(lái)優(yōu)化各條軌跡的噴涂參數(shù)。首先選擇噴幅覆蓋區(qū)域較大的短軸為運(yùn)動(dòng)方向，應(yīng)用解析法求解釉層厚度分布，提出了一種通用的釉層厚度求解方法，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到平面噴涂的累積情況，噴槍軌跡合適的重疊區(qū)間在86.5mm。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工藝;噴釉;軌跡生成與優(yōu)化;解析法

中圖分類號(hào)：RTB2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2020）06-0045-01

Abstract：Intheceramicproductionprocess，theglazesprayingprocesswiththeglazespraygunortheglazespraymachineinthecompressedairsprayglaze，maketheglazeadheretotheclaybody，unevenglazeinthefiringprocesswillproducecracks，resultingintheworkpiecescrap，sothesprayingglazethicknessinthesprayingprocessasuniformaspossible.Basedontheellipticdoubledistributionmodel，thesprayguntrajectorygenerationmethodwasestablished，theplanedistributionmodelwasstudied，thecoatingthicknesscalculationmethodbasedonthesprayingprocesssimulationwasproposed，andtheconstrainedoptimizationfunctionwasestablishedtooptimizethesprayingparametersofeachtrajectory.Firstly，theshortaxiswithalargesprayingareawasselectedasthemovementdirection，andtheglazethicknessdistributionwassolvedbyanalyticalmethod.Ageneralglazethicknesssolvingmethodwasproposed.MATLABwasusedforsimulationexperimenttoobtaintheaccumulationofplanespraying.

Keywords：chemicalprocess;Sprayglaze;Trajectorygenerationandoptimization;Analyticalmethod

引言：噴釉是現(xiàn)代陶瓷施釉技法之一，噴釉是用噴槍或噴霧器使釉漿霧化噴到坯體表面，適用于大型器皿及造型復(fù)雜或薄胎制品。噴釉機(jī)能夠保證釉層厚度[1]均勻，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動(dòng)化，大大提高效率，但其噴涂軌跡存在的問題也很多，噴涂過程中噴槍的噴射張角、噴涂高度、涂料流量、需要的涂層厚度、允許的涂層厚度偏差、噴涂時(shí)間等都還需要完善，考慮到經(jīng)濟(jì)、效率等問題，對(duì)于噴槍軌跡[2]的優(yōu)化，一直是研究的重要內(nèi)容。

針對(duì)噴釉機(jī)現(xiàn)狀，通過優(yōu)化噴槍參數(shù)來(lái)比較釉層厚度求解。通過改變噴涂高度和噴槍速率[3]來(lái)保證涂層的均勻性，仿真實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果，但是此方法在噴涂過程中噴涂高度和噴槍速率都隨噴槍的運(yùn)動(dòng)而改變，由于噴涂系統(tǒng)有一定的滯后性，改變噴射高度和噴槍速度對(duì)噴涂模型[4]的影響不是瞬時(shí)的，所以此方法在實(shí)際噴涂中的效果有待驗(yàn)證。對(duì)噴釉槍進(jìn)行軌跡分析，確定其需要優(yōu)化的參數(shù)為路徑、高度、速率、方向，基于橢圓的雙β分布，并通過釉層厚度得到最優(yōu)的重疊間隔。

1模型的建立

1.1針對(duì)噴槍的分析。噴槍在空間中有六個(gè)自由度，如果噴槍是自由運(yùn)動(dòng)的，那么一條軌跡就需要優(yōu)化六個(gè)參數(shù)，規(guī)定噴槍軸線始終垂直于被噴涂面，噴槍的噴涂高度也是固定的，這樣，所需要優(yōu)化的參數(shù)就減少為一個(gè)，極大簡(jiǎn)化了問題的復(fù)雜性。四個(gè)因素能夠確定一條噴釉軌跡：路徑、方向、高度和速率。在沿一條軌跡噴釉時(shí)，噴射方向始終垂直于工件表面，噴涂高度也是保持不變的，而確定兩條軌跡的間距后即可得到噴槍路徑，所以，確定噴槍運(yùn)動(dòng)速率和相鄰軌跡間的距離即可確定一條噴釉軌跡。

1.2橢圓分布區(qū)的橢圓分布模型。噴槍軸線垂直于平面進(jìn)行噴涂時(shí)，平面上釉層厚度累積速率為：

其中：a-噴霧橢圓半長(zhǎng)軸（mm）;b-噴霧橢圓半短軸（mm）;zmax-漆膜的最大厚度;β-x方向中的β分布指數(shù);β-y方向截面中的β分布指數(shù)。

1.3釉層厚度的計(jì)算。橢圓雙β分布模型[5]在平面上的噴幅為一個(gè)橢圓，因此噴釉時(shí)噴槍移動(dòng)方向既可以沿著長(zhǎng)軸方向，也可以沿著短軸方向。但當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向沿著短軸的方向時(shí)，噴幅覆蓋的區(qū)域比沿著長(zhǎng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)大，所以選擇噴槍沿著噴幅的短軸方向進(jìn)行噴釉。以沿著短軸方向?yàn)槔?，?jì)算平面噴涂的累積情況。

噴槍沿著兩條相鄰軌跡噴釉時(shí)的情況，對(duì)噴幅區(qū)域內(nèi)，點(diǎn)s所在的位置不同時(shí)，點(diǎn)s處釉層厚度也不同，如圖所示為噴槍沿著兩條相鄰軌跡噴釉時(shí)的情況，表示噴幅區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)到第一條軌跡的距離，為在第一條軌跡上的投影，為相鄰兩條軌跡間的距離，此時(shí)：

2模型的求解

霧化壓力P₁和隔膜泵壓力P₂取0.2Mpa，噴射距離h取225mm，可求得[a b z_maxβ₁β₂]=[109.8438 470812 212.7664 2.3655 4.8999]理想的釉層厚度為50μm，噴槍噴釉的方向保持不變，在平面上噴釉，經(jīng)過上式計(jì)算得到噴槍的v_c=21.14mm/s，v₁=21.14mm/s，h₁=118.64mm，v₂=20.94mm，h₂=127.36mm則交界處的釉層厚度分布情況如圖所示。釉層厚度最大值最小值為50.3845μm，最小值為47.6248μm。重疊區(qū)間在19.85，67.353。

3結(jié)論

本文基于噴槍軌跡優(yōu)化問題的特點(diǎn)，以獲得最佳噴涂效果中的涂層均勻性和涂料利用率為研究目標(biāo)，采用優(yōu)化理論中的方法分別討論了工件表面具有平面特征自的噴槍軌跡優(yōu)化問題。

通過解析法，提出了一種基于動(dòng)態(tài)噴釉仿真的厚度求解方法。軌跡生成與優(yōu)化為目標(biāo)函數(shù)，釉層厚度為約束條件的優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)噴釉參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，本文提出的各種軌跡優(yōu)化方法是正確有效的。本文建立的優(yōu)化目標(biāo)與一般的優(yōu)化目標(biāo)相比，能夠縮短噴釉時(shí)間、提高效率。

參考文獻(xiàn)：

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